PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Để hệ thống, nắm chắc kiến thức thì việc giải các bài tập hoá học là cách tốt nhất giúp thí sinh hoàn thành chủ động chiếm lĩnh kiến thức bài học, qua đó các em làm tốt bài thi của mình. Qua thực tiễn giảng dạy, tôi đã rút ra một số kinh nghiệm giải toán hoá học đối với dạng bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm. Hy vọng rằng những ý kiến này sẽ giúp ích cho các em học sinh trong quá trình học tập, hệ thống, nắm chắc kiến thức và tiết kiệm thời gian khi làm các bài thi và kiểm tra. Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, tổ chuyên môn và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Đây là những kinh nghiệm rút ra của cá nhân tôi. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của hội đồng khoa học nhà trường, các đồng nghiệp và Ban giám hiệu nhà trường giúp tôi có được phương pháp dạy học phần này tốt hơn.

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP NHÔM

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệunhà trường, tổ chuyên môn và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tàinày

Đây là những kinh nghiệm rút ra của cá nhân tôi Tôi rất mong được sự đónggóp ý kiến của hội đồng khoa học nhà trường, các đồng nghiệp và Ban giám hiệunhà trường giúp tôi có được phương pháp dạy học phần này tốt hơn

II C Ơ SỞ LÍ LUẬN

Để hoàn thành mỗi câu hỏi trắc nghiệm với thời gian ngắn khoảng 2 phút

là một vấn đề không dễ dàng đối với học sinh Vì vậy, các em phải nắm chắc kiếnthức, vận dụng linh hoạt để có thể tìm ra đáp án của bài toán Muốn làm đượcđiều này thì giáo viên giảng dạy đóng một vai trò hết sức quan trọng trong việchướng dẫn học sinh nhận dạng, phân loại và có cách giải phù hợp với mỗi bài

Khi giảng dạy ở lớp 12, tôi thấy nhiều em học sinh gặp khó khăn trongviệc giải các bài tập phần này, dường như những kiến thức này khá mới và ít liênquan tới các kiến thức về kim loại mà các em đã được học Các em thường sửdụng cách giải truyền thống là viết và tính theo phương trình hoá học, như vậy sẽmất rất nhiều thời gian, đôi khi không thể viết và giải được theo phương pháptruyền thống để giải quyết một bài toán Vì vậy, với thời lượng trung bình 2 phút/câu thì các em không thể hoàn thành được bài tập Để giúp các em có thể giảinhanh được các bài tập phần này, tôi đề xuất phương pháp giải giúp các em cóthêm lựa chọn và qua đó tiết kiệm thời gian khi làm bài thi trắc nghiệm Đó là

“Phương pháp giải bài tập nhôm và hợp chất của nhôm”

III TỔ CHỨC THỰC HIỆN Đ Ề TÀI

A TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

1)

Phản ứng của nhôm với dung dịch axit ( E0Al3 /Al   1 , 66V E02H /H2)

* Tác dụng dung dịch axit HCl, H 2 SO 4 loãng

* Tác dụng với dung dịch kiềm

+ ) Al2O3 + 2OH- + 3H2O   2 [Al(OH)4]-

hoặc Al2O3 + 2OH-   2AlO2- + H2O

+ ) Al(OH)3 + OH

- - [Al(OH)4]- hoặc Al(OH)3 + OH-

  AlO2- + 2H2O

3) Phản ứng của nhôm với dung dịch kiềm

Theo dãy điện hóa, nhôm đẩy được hiđro ra khỏi nước Nhưng thực tế, vậtbằng nhôm không bị nước hòa tan khi nguội và cả khi đun nóng vì có lớp màngoxit bảo vệ

Nhưng, những vật bằng nhôm lại bị hoà tan trong dung dịch kiềm mạnhnhư NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2 là do:

Ban đầu, màng oxit nhômbị phá huỷ trong dung dịch kiềm mạnh:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O   2Na[Al(OH)4] (I)hoặc Al2O3 + 2NaOH   2NaAlO2 + H2O

Sau đó, kim loại nhôm tác dụng với nước:

2Al + 6H2O   2Al(OH)3  + 3H2  (II)

Và màng Al(OH)3 bị tan trong dung dịch kiềm mạnh:

Al(OH)3 + NaOH   Na[Al(OH)4] (III)hoặc Al(OH)3 + NaOH   NaAlO2 + 2H2O

Các phản ứng (II) và (III) xảy ra liên tục Vì vậy có thể viết lại cho quá trình:

2Al + 2NaOH + 6H2O   2Na[Al(OH)4] + 3H2  Hoặc: 2Al + 2NaOH + 2H2O   2NaAlO2 + 3H2

4) Muối nhôm tác dụng với dung dịch kiềm

Al3+ + 3OH

- - Al(OH)3 Nếu OH- dư thì tiếp tục có phản ứng:

Al(OH)3 + OH-   [Al(OH)4]- tan Khi thêm từ từ dung dịch kiềm mạnh vào dung dịch chứa Al3+, lúc đầu thấyxuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến lớn nhất rồi lại tan dần tạo dung dịchkhông màu.

Nhưng, Al(OH)3 hay HAlO2.H2O có tính axit rất yếu nên dễ bị axit mạnhhơn đẩy ra khỏi dung dịch muối

[Al(OH)4 ]- + H+   Al(OH)3 + H 2O

Khi H+ dư: Al(OH)3 + 3H+   Al3+ + 3H2O

Khi thêm từ từ dung dịch chứa axitđến dư vào dung dịch chứa AlO2-, lúcđầu xuất hiện kết tủa keo trắng, kết tủa tăng đến lớn nhất rồi lại tan dần tạo dungdịch không màu

Al(OH)3 hay HAlO2.H2O có tính axit yếu hơn cả axit cacbonic nên khi sụckhí CO2 vào dung dịch chứa AlO2- sẽ sinh ra kết tủa:

NaAlO2 + CO2 + 2H2O   Al(OH)3  + NaHCO3

Nên khi sục CO2 đến dư vào dung dịch muối chứa AlO2- sẽ xuất hiện kếttủa keo trắng

Khi nắm được những kiến thức này là điều kiện rất tốt để giải quyết tốt cácbài tập dạng dưới đây Và mỗi bài cụ thể ta lại có những cách riêng để giải quyết

nó

B MỘT SỐ Đ ỊNH LUẬT, PHƯƠNG PHÁP ĐƯ ỢC SỬ DỤNG

Học sinh cần vận dụng tốt các định luật thường dùng trong hoá học:

Đặc biệt là phương pháp bảo toàn mol electron và định luật bảo toàn nguyên tố:

Số mol từng nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố trước và sau phản ứng không đổi

C MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP CỤ THỂ

Dạng 1 Al tác dụng với dung dịch axit và tác dụng với dung dịch kiềm

+ Tác dụng với dung dịch kiềm (khử nước)

2Al + 2OH- + 2H2O  2AlO2- + 3H2

+ Tác dụng dung dịch axit HCl, H 2 SO 4 loãng

2Al + 6H+  2Al3+ + 3H2

Phương pháp:

- Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng

- Phương pháp bảo toàn mol electron.

Quá trình oxi hóa: Quá trình khử:

Al0 - 3e  Al+3 2H+ + 2e  H20

Dùng định luật bảo toàn mol electron để lập phương trình đại số

Ví dụ: Cho m gam hỗn hợp bột Al và Fe tác dụng với dung dịch NaOH dư thoát

ra 6,72 lít khí (đktc) Nếu cho m gam hỗn hợp trên tác dụng với dung dịch HCl

dư thì thoát ra 8,96 lít khí (đktc) Khối lượng của Al và Fe trong hỗn hợp đầu là

A 10,8 gam Al và 5,6 gam Fe B 5,4 gam Al và 5,6 gam Fe.

C 5,4 gam Al và 8,4 gam Fe D 5,4 gam Al và 2,8 gam Fe.

Hướng dẫn giải

Đặt nFe = x mol ; nAl = y mol

- Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng

Hỗn hợp tác dụng với dung dịch NaOH dư, Al phản ứng hết

2Al + 2NaOH + 2H2O  2NaAlO2 + 3H20,2 mol  0,3 molHỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl dư, Al và Fe phản ứng hết

2Al + 6HCl  2AlCl3 + 3H20,2 mol  0,3 mol

Fe + 2HCl  FeCl2 + H2

y mol y mol

Ta có: y + 0,3 = 0,4  y = 0,1 mol

Vậy hỗn hợp có 5,6 gam Fe và 5,4 gam Al.

- Phương pháp bảo toàn mol electron.

Hỗn hợp tác dụng với dung dịch NaOH dư, Al phản ứng hết

Al - 3e  Al3+ 2H+ + 2e  H20

y  3y mol 0,6 ¬ 0,3 molBảo toàn mol electron suy ra 3y = 0,6 (*)

Hỗn hợp tác dụng với dung dịch HCl dư, Al và Fe phản ứng hết

Fe0 - 2e  Fe2+ 2H+ + 2e  H20

x  2x mol 0,8¬ 0,4 mol

Al0 - 3e  Al3+

y  3y molBảo toàn mol electron suy ra 2x + 3y = 0,8 (**)

Từ (*) và (**) suy ra: x = 0,1 mol; y = 0,2 mol

Vậy hỗn hợp có 5,6 gam Fe và 5,4 gam Al

+ Tác dụng dung dịch HNO 3 và H 2 SO 4 đậm đặc nóng

Al + HNO3  Al(NO3)3 + (NO2; NO; N2; N2O; NH4NO3) + H2O

Al + H2SO4 đđ  Al2(SO4)3 + ( SO2; S; H2S) + H2O

Phương pháp:

- Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng

- Phương pháp bảo toàn mol electron.

Quá trình oxi hóa: Quá trình khử (có thể có):

Dùng định luật bảo toàn mol electron để lập phương trình đại số.

Ví dụ: Hoà tan m gam Al vào dung dịch HNO3 loãng chỉ thu được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO Giá trị của m là

A 8,1 gam B 1,53 gam C 1,35 gam D 13,5 gam.

Hướng dẫn giải

- Cách truyền thống, viết phương trình phản ứng

8Al + 30HNO3  8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O

Al + 4HNO3  Al(NO3)3 + NO + 2H2O

Suy ra x = 0,05 mol Vậy khối lượng Al = 1,35 gam

- Phương pháp bảo toàn mol electron.

Áp dụng định luật bảo toàn mol electron ta có: 3x = 0,03 + 0,12 = 0,15

Suy ra x = 0,05 mol Vậy khối lượng Al = 1,35 gam

So sánh 2 cách giải trên đối với các bài đơn giản ta thấy 2 cách giải đềuthuận lợi, dễ dàng Cách 1 định hình cơ bản cho các học sinh còn yếu, tuy nhiêncác em gặp khó khăn khi cân bằng phản ứng, cách 2 dành cho học sinh khá hơngiúp các em tiết kiệm thời gian và công sức Việc lập phương trình đại số lại rấtđơn giản, các em chỉ cần nhớ các quá trình oxi hóa khử là có thể giải quyết tốt bàitoán dạng này

Dạng 2 Muối của Al 3+ tác dụng với dung dịch kiềm mạnh

Thứ tự các phản ứng có thể xảy ra:

Al3+ + 3OH

- - Al(OH)3  (I)Khi OH- dư: Al(OH)3 + OH-   [Al(OH)4]- tan

nn

3



 (Theo bảo toàn nhóm OH-)+ ) Nếu 3 < k < 4: Xảy ra cả (I) và (II) Tạo hỗn hợp Al(OH)3  và[Al(OH)4]- (Cả Al3+ và OH- đều hết)

Khi đó: Đặt số mol Al(OH)3 là x; Số mol [Al(OH)4]- là y

-x + y =  n  b¶o toµn mol nguyª n tè Al3x + 4y =  n b¶o toµn nho'm OH

Ví dụ 1 Nhỏ từ từ 200 ml dung dịch NaOH 1,7M vào 200 ml dung dịch AlCl3

0,5M thu được m gam kết tủa Tính giá trị của m ?

Hướng dẫn giải

Ta có: nNaOH = 0,34 mol, nAlCl3= 0,1 mol

Tôi xin đề nghị 2 hướng giải để tiện so sánh

Cách 1: Theo cách cơ bản

AlCl3 + 3 NaOH   Al(OH)3 + 3 NaClBan đầu: 0,1 0,34

Phản ứng: 0,1  0,3 0,1 0,3

Sau phản ứng: 0 0,04 0,1 0,3

Vì NaOH còn dư nên có tiếp phản ứng:

Al(OH)3 + NaOH   Na[Al(OH)4] Ban đầu: 0,1 0,04

Ví dụ 2: Cho 100 ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 20 ml dung dịch

Al2(SO4)3 0,5M được dung dịch A Tính nồng độ mol/l các chất trong dung dịch

Ví dụ 3: Dung dịch X chứa 0,42 mol NaOH Cho X tác dụng với dung dịch chứa

0,02 mol Fe2(SO4)3 Thêm tiếp vào đó 0,04 mol Al2(SO4)3 thu được 500ml dungdịch Y và m gam kết tủa Tính CM các chất trong Y và giá trị m?

Hướng dẫn giải

nNaOH = 0,42 mol; nFe (SO )2 4 3 0,02 mol; nAl (SO )2 4 3  0,04 molTrước tiên tạo Fe(OH)3 và Fe3+ hết, OH- dư

3 3

nk

- ) Có hiện tượng hoà tan kết tủa hay Al3+ hết Khi đó sản phẩm có cả Al(OH)3

và [Al(OH)4 ]- :

3

4 Al(OH) [Al(OH) ] Al

Hướng dẫn giải

Số mol Al3+ = 0,12 mol

Số mol Al(OH)3 = 0,02 mol < số mol Al3+ nên có 2 trường hợp xảy ra

+ Trường hợp 1: Al3+ dư  Chỉ tạo Al(OH)3

Nên số mol OH- = 3.0,02 = 0,06 mol

 CM(NaOH) = 0,12M

+ Trường hợp 2: Al3+ hết  tạo  

 

3 4

Số mol Al(OH)3 = 0,15 mol < số mol Al 3+ nên có 2 trường hợp xảy ra

+ Trường hợp 1: Al3+ dư  Chỉ tạo Al(OH)3

Nên số mol OH- = 3.0,15 = 0,45 mol

 Số mol OH- = 3 0,15 + 4 0,02 = 0,53 mol

 V(dd NaOH) =0,53/0,2 = 2,65 lít = Vmax

*Dạng bài 2: Tính số mol Al3+ khi biết số mol OH-, số mol kết tủa Al(OH)3

Phương pháp: So sánh số mol OH- của kiềm cho với số mol OH- trong kết tủa

*Nếu lượng mol OH- trong kết tủa bé hơn lượng mol OH- của kiềm thì kếttủa đã bị hòa tan một phần

Sản phẩm của có: Al(OH)3 và [Al(OH)4 ]

-3 4

Al(OH)

OH bai [Al(OH) ]

Al(OH)

OH bai [Al(OH) ]

n  n n  = 0,8 mol ( bảo toàn Al)

*Dạng bài 3: Với nhiều lần thí nghiệm cùng số mol Al3+ với số mol kiềm khácnhau nhưng đều thu được một kết tủa như nhau, chẳng hạn như:

THÍ NGHIỆM 1: Cho x mol Al3+ vào y mol OH- tạo z mol kết tủa

THÍ NGHIỆM 2: Cho x mol Al3+ vào 3y mol OH- tạo z mol kết tủa hoặc 2z molkết tủa

Thí dụ : + THÍ NGHIỆM 1: Cho 500ml dung dịch NaOH 1,8M tác dụng với x

mol Al2(SO4)3 được a gam kết tủa

+ THÍ NGHIỆM 2: Mặt khác cho 750ml dung dịch NaOH 1,8M tácdụng với x mol Al2(SO4)3 vẫn thu được a gam kết tủa

3



 = 0,3 mol  a = 23,4 g

THÍ NGHIỆM 2: Al3+ và OH- đều hết và có hiện tượng hoà tan kết tủa

Số mol OH- = 1,35 mol  Tạo  

Số mol Al2(SO4)3 = 0,20625 mol = x

Dạng 3 Dạng bài H + tác dụng với dung dịch AlO 2 - hay [Al(OH) 4 ] - :

Kết tủa cực đại khi k = 1.

+ Trường hợp 2: 1 < k 4  cả H+ và AlO2- hết  vừa tạo kết tủa sau đó tan

một phần

Đặt số mol Al(OH)3 là x và số mol Al3+ là y

H+ + AlO2- + H2O  Al(OH)34H+ + AlO2-  Al3+ + 2H2O

Ta có hệ phương trình:

-2 +

AlO H

x + y = n

x + 4y = n

ìïïíïïî

3

AlO H Al(OH)

Ví dụ: Rót từ từ 350 ml dung dịch HCl 1M vào dung dịch chứa 0,1 mol NaOH

và 0,1 mol natri aluminat Khối lượng kết tủa thu được là ?

A 3,9 gam B 7,8 gam hoặc 0,78 gam

C 15,6 gam hoặc 3,9 gam D 0,78 gam.

Hướng dẫn giải

Ta có: nH+ = 0,35 mol, nOH- = 0,1 mol, nNaAlO2= 0,1 mol

Tôi xin đề nghị 2 hướng giải để tiện so sánh

Cách 1: Theo cách cơ bản

H+ + OH

- - H2O0,1 0,1

H+ còn dư 0,35 - 0,1 = 0,25 mol

Sau đó: H+ + AlO2- + H2O  Al(OH)3

H+ còn dư 0,35 - 0,1 = 0,25 mol

1 <

2

H AlO

nk

nn

2



 = 0,05 mol

b) Mức độ khó

Đề cho: lượng kết tủa và một chất tham gia, tính lượng chất tham gia còn lại.

*dạng bài 1: Tính số mol H+ khi biết số mol kết tủa Al(OH)3, số mol AlO2-

Phương pháp:

* Nếu nAl(OH)3 = nAlO2- : cả 2 chất phản ứng vừa đủ với nhau tạoAl(OH)3 Khi đó: nH nAl(OH)3

* Nếu nAl(OH) 3 nAlO2 thì có 2 TH xảy ra:

- ) Cả H+ và đều AlO2- hết, kết tủa tan một phần Khi đó sản phẩm có Al(OH)3

và Al3+ :

Ta có: nH 4nAlO2  3nAl(OH) 3

- ) Chỉ có phản ứng tạo kết tủa và AlO2- còn dư Khi đó nH nAl(OH)3

Ví dụ : Cho 100ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và NaAlO2 1,5M tácdụng với 200 ml dung dịch HCl thu được 6,24g kết tủa Tính nồng độ mol/lít củadung dịch HCl

Nhận xét: nAl(OH) 3 nAlO2 thì có 2 trường hợp:

+ ) Chưa hoà tan kết tủa, AlO2- còn dư Khi đó sản phẩm chỉ có Al(OH)3 và

Ta có: nH 4nAlO2  3nAl(OH) 3 nOH = 4.0,15 - 3.0.08 + 0,01 = 0,37 mol

 CM(HCl) = 0,37

0,2 = 1,85MVậy nồng độ của HCl là 0,45M hoặc 1,85M

*dạng bài 2: Tính lượng AlO2- khi biết số mol Al(OH)3, số mol H+

Phương pháp:

* Nếu nAl(OH)3 nH thì có 1 trường hợp:

Có hiện tượng hoà tan kết tủa hay H+ hết Khi đó sản phẩm có Al(OH)3 và

Al3+ :

2

Al(OH) HAlO

n = 0,4 mol ; nAl(OH)3 = 0,15 mol

Nên kết tủa tan một phần Khi đó sản phẩm có Al3+ và Al(OH)3:

3 2

Al(OH) H

Dạng 4 Cho hỗn hợp gồm Al và 1 kim loại kiềm (Na, K) hoặc kim loại kiềm thổ (Ca, Ba) tác dụng với nước

Thứ tự phản ứng như sau:

Trước hết: M + xH2O   M(OH) x + x

2 H2Sau đó: Al + OH- + H2O   AlO2- + 3x

2 H2

Từ số mol của M cũng là số mol của OH- và số mol của Al ta biện luận đểbiết Al tan hết hay chưa

+ Nếu nOH- ≥ nAl   Al tan hết

+ Nếu nOH- < nAl  Al chỉ tan một phần

Ví dụ : Hoà tan m gam hỗn hợp A trên vào dung dịch KOH dư thì thu được 7

4xlít khí Cũng Hoà tan hỗn hợp A gồm K và Al vào nước dư thu được x lít khí.Tính % (m) mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu

Hướng dẫn giải

Khi cho hỗn hợp A vào dung dịch KOH dư được thể tích khí lớn hơn khihoà tan vào nước do đó kết luận khi hoà tan vào nước Al còn dư nên tạo thêmkhí

Gọi số mol của K là a mol; của Al là b mol ( vì Al còn dư a < b)

Khi hoà tan vào nước: 2K  H 2 ; 2Al  3H2

- Hay gặp:

2Al + Fe2O3   Al2O3 + 2Fe

- Nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, tùy theo tính chất của hỗn hợp B tạo thành để biện luận Hay gặp các trường hợp:

+ Hỗn hợp B tác dụng với dung dịch axit có khí bay ra thì có khả năng

+ oxit kim loại dư)

Fe2O3 dư

- Thường sử dụng:

Ví dụ 1: Nung nóng hỗn hợp A gồm 5,4 gam Al và Fe2O3 (trong môi trườngkhông có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn B.Hòa tan hoàn toàn B bằng dung dịch HNO3 dư thì thu được V lít khí NO2 ( sảnphẩm khử duy nhất) và dung dịch C

AlFe

AlFe

Các quá trình oxi hóa khử xảy ra xét từ X tới Z: chất khử là Al, chất oxi hóa là

N+5

Al0 - 3e  Al+3 5

N + 1e  N4 (NO2) 0,2 0,6 mol x  x mol

Bảo toàn mol electron suy ra x = 0,6 mol

 V khí NO2 = 0,6.22,4 = 13,44 lít

Ví dụ 2: Nung nóng m gam hỗn hợp X gồm Al và Fe2O3 (trong môi trường không

có không khí) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp rắn Y Chia

Gọi x, y là số mol Al, Fe ở mỗi phần

2Al + 2NaOH + 2H2O   2NaAlO2 + 3H2

x 1,5 x mol

 Số mol khí H2 thu được ở phần II là: 1,5x = 0,84/ 22,4 = 0,0375 mol

 x = 0,025 mol

Phần (I) tác dụng với H2SO4 loãng:

2Al + 3H2SO4 loãng   Al2(SO4)3 + 3H2

0,025   0,0375 mol

Fe + H2SO4 loãng   FeSO4 + H2

y   y mol

Số mol H2 phần I là 0,0375 + y = 0,1375 → y = 0,1mol

2Al + Fe2O3   Al2O3 + 2Fe 0,1 0,05  0,1 molKhối lượng của Al : (0,1 + 0,025).27 = 3,375 , khối lượng của Fe2O3:

0,05.160 = 8g → tổng khối lượng mỗi phần là 11,375g

→ m X ban đầu = 11,375.2 = 22,75 g  chọn A